Run17 の報告～横方向ペインティング入射

原田寛之RCS 全体打ち合わせ

2008/07/14( 月 )

ペインティング入射

SBPB

ペインティング入射は、ペイントバンプで周回軌道および入射軌道を時間的に変化させつつ、ビームを入射することで、実空間上に一様にビームを広がらせる。

x[mm]

x’[mrad]

多周回入射におけるバンプ波形と入射ビームの模式図

時間

ペインティングエ

リア

入射ビーム

13693

-5.5

0

Operating Point

(6.64,6.25) run14

(6.35,6.47) for High Current & run17

(6.60,6.25) for MR/MLF

(6.30,6.42) run16 start

Optics @ run17AC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560/112nsec)

(6.38,6.45) & β@ARC down

ηx,

ηy

[m]

βx,

βy

[m]

S[m]

Optics Parameters @ 1/3 Ring

Run16 より (1)100π の設定　 : (Δx, Δx’)=(31.077mm, -4.4mrad)

＜初期値＞

K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -21.2371 8.077

PBH02 16.5494 5.981

PBH03 5. 4815 1.993

PBH04 -7.0780 2.684

＜ＣＯＤ補正＞

　　　　　　　　　 K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -21.2371 8.077 - 0.092 = 7.984

PBH02 16.5494 5.981 + 0.112 = 6.093

PBH03 5. 4815 1.993 + 0.029 = 2.022

PBH04 -7.0780 2.684 - 0.022 = 2.662

位相空間座標の時間推移＠ Run16

Gray : (31.1,-4.4) from DesignGray : (31.1,-4.4) from Design

Black : (27.8, -3.995) from MWPMBlack : (27.8, -3.995) from MWPM

Red : 1passBPM (C11pair)Red : 1passBPM (C11pair)

Pink : 1passBPM (C19pair)Pink : 1passBPM (C19pair)

Blue : TuneBPM (h=1,lower)Blue : TuneBPM (h=1,lower)

Light blue : TuneBPM (h=3, lower)Light blue : TuneBPM (h=3, lower)

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

Run16 より (2)100π の設定　 : (Δx, Δx’)=(31.077mm, -4.4mrad)

MWPM ３，４の実測値　 : (Δx, Δx’)=(27.57mm, -3.995mrad)

PBHs の蹴り角が 10%down の計算値 : (Δx, Δx’)=(27.97mm, -3.96mrad)

良く一致！

上記より、現在の電流では設定より１０％蹴り角 K0 が弱い。

＜実際＞

　　　　　　　　　 K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -19.1134 7.984

PBH02 14.8945 6.093

PBH03 4.9334 2.022

PBH04 -6.7302 2.662

これをベースに各エミッタンスの電流値を再度導出し、 Run17 で試験する。

Current Set of PBs @ Run17 (1)50π の設定　 : (Δx, Δx’)=(18.52mm, -2.63mrad)

K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -12.687 5.300

PBH02 9.896 4.048

PBH03 3.182 1.304

PBH04 -4.147 1.733

100π の設定　 : (Δx, Δx’)=(31.077mm, -4.4mrad)

K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -21.2371 8.871

PBH02 16.5494 6.770

PBH03 5. 4815 2.247

PBH04 -7.0780 2.958

Current Set of PBs @ Run17 (2)150π の設定　 : (Δx, Δx’)=(39.857mm, -5.65mrad)

K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -27.255 11.385

PBH02 21.244 8.690

PBH03 6.956 2.851

PBH04 -9.016 3.768

200π の設定　 : (Δx, Δx’)=(47.025mm, -6.667mrad)

K0 [mrad] Current [kA]

PBH01 -32.163 13.435

PBH02 25.070 10.256

PBH03 8.165 3.347

PBH04 -10.602 4.431

SB Current @ Run16

500μsec@injection

SB Current @ Run16

500μsec@injection

SB Current @ Run17

500μsec@injection

3 GeV RCS 入射部

入射セプタム電磁石 1

SB1 SB3SB2 SB4

PB2PB1 PB4PB3

入射セプタム電磁石 2

QDLQFL

SB：水平シフトバンプ電磁石 4台

PB：水平ペイントバンプ電磁石4台

廃棄セプタム電磁石 2

廃棄セプタム電磁石 1

荷電変換フォイル

MWPM3,4,5

ISEP1,2 vs MWPM3,4

foil

foil

foil

foil

x

x

L

L

x

x

x

x

Kx

Kx

Kx

Kx

K

K

@

@

4

3

4

3

4

3

1

2

4

1

4

2

3

1

3

2

1

'1

1

00

000

0

再度 ISEP1,2 に対する MWPM3,4 での応答を測定した。 ISEP1,2 → ±0.5%

測定後、 (Δx,Δx’)@foil = (0mm, -1.5mrad) を設定しＭＷＰＭで測定を行った。この応答行列でフォイルでの位置と傾きを操作できることを確認した。

1/3 mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:112nsec)

IS ＴＭＶ 1,2 vs MWPM3,4

foil

foil

foil

foil

y

y

L

L

y

y

y

y

Ky

Ky

Ky

Ky

K

K

@

@

4

3

4

3

4

3

1

2

4

1

4

2

3

1

3

2

1

'1

1

00

000

0

再度 ISTMV1,2 に対する MWPM3,4 での応答を測定した。 ISTMV1,2 → ±0.5mrad

測定後、 (Δy,Δy’)@foil = (0mm, -1.5mrad) を設定しＭＷＰＭで測定を行った。この応答行列でフォイルでの位置と傾きを操作できることを確認した。

1/3 mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:112nsec)

SB vs MWPM4再度 SB に対する MWPM4 での応答を測定した。

その結果、 SB の設定を 1mm 変更すると、入射ビームは Δx が－ 0.933mm シフトする。

1/3 mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:112nsec)

入射軸ずれによるビーム運動

00

000

000

sincos

sincossin

sinsincos

TnJTnI

TnTnTn

TnTnTnM

xx

xxxxx

xxxxxnx

The matrix for n turns is

The position and derivative after n turns if there is injection error are

'@

@'@

@

)(

)(

foil

foil

TuneBPMfoilnx

TuneBPM

TuneBPM

x

xMM

nx

nx

2221

1211

mm

mmM TuneBPMfoil

The transfer matrix M foil→TuneBPM from foil to monitor is

入射点の変位に伴うベータトロン振動の応答

Betatron response matrix can be defined as

xxxxx

xxxxxx

xx

x

SSC

SSCR

x

xR

X

X

ImImIm

ReReRe

Im

Re'0

0

α, β: Twiss parameter for transverse plane

xxxxx nxnnxnx 2sin2sin2cos '00

x0 : initial position, x0’ : initial derivative

Real and Imagine part of the detected betatron sideband peak

応答行列の測定と入射座標の同定

)()(

)()(

)()(

)()(

Im

Re

'

'

imagBimagA

realBrealAR

x

x

imagBimagA

realBrealA

x

xR

X

X

x

e

e

e

ex

xe

xe

xe

xe

e

e

X

X

imagBimagA

realBrealA

x

x

Im

Re

)()(

)()(1

'

Response Matrix is

We can identify the injection error (xe,xe’) from this RM and the measured real & imagine part of betatron peak

応答行列の測定と入射座標の同定DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

A(real) B(real)

A(imag) B(imag)

中心入射の軸合わせ

IPM Mountain View by K. Satou

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

水平・垂直 PB パターンの作成

1. モデルの Twiss parameter にマッチした入射点 (x,x’),(y,y’) を決め、パターンを作成 , ε-> 100π

x

x‘

/

y

y‘

SB

PB

600μsec

400μsec

DC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560nsec)

水平 PB パターンの作成

ε: 100π→(31.1mm,-4.4mrad)

PBH1 K0 : -21.237

PBH2 K0 : 16.549

PBH3 K0 : 5.482

PBH4 K0 : -7.078

＊ビーム中心の Emittance

　　　　　　→　 75.5π

DC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560nsec)

PBH Current PatternDC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560nsec)

ＣＯＤより台形波で PB4 台間のバランス調整

水平の位相空間座標 (x,x’) の導出

1. センター入射、 1shot 入射を行い、 1passBPM と応答行列から水平・垂直の位相空間座標を導出

→targe t: (x,x’)=(-31.1mm,4.4mrad)

x[mm]

x’[mrad]ペインティングエ

リア入射ビーム

124.193

-4.4

0

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

1passBPM (Cell-11pair) :

(x,x’)=(-30.3, 4.8)

1passBPM (Cell-19pair) :

(x,x’)=(-29.7, 4.5)

TuneBPM (h=1,upper)

(x,x’)=(-27.7, 4.5)

TuneBPM (h=2,lower)

(x,x’)=(-29.0, 4.97)

水平入射軸調整 ( ペインティング入射軌道 )

1. 台形波でＰＢを励磁し、 ISEP1,2 でリングと入射軸をあわせる。→ 　モニタとして、 IPM, TuneBPM, 1passBPM を用いる。→ 　 TuneBPM, 1passBPM で観測し、調整量を導出する。→ 　入射ビームは 1shot にして、 IPM でベータトロン振動をしていないこと

を確認する。→ 　軸調整後、 1/3 モードに移行し、 MWPM で位置を測定

PB1,2 PB3,4QFL QDL

SB1 SB2 SB3 SB4

S

x

ISEP1,21st Foil

(125.56mm, -4.6mrad)

(94.34mm, 0mrad)

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

(x, x’)=(31.2mm, -4.6mrad)

→targe t: (x,x’)=(31.1mm,-4.4mrad)

PB の減衰波のパターン作成と試験1. SB+PB のタイミングを 100μsec ずつずらしながら、 1 ショット入射

し、時間的な位相空間座標を測定 (1passBPM と TuneBPM で観測 )

SBPB

x[mm]

x’[mrad] ペインティングエ

リア入射ビーム

13693

-5.5

0

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

PBH Current PatternDC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560nsec)

Beam injection

PBH Normalized CurrentDC mode (Peak:25mA, Macro:50μsec, Chopping:560nsec)

Beam injection

SB

PB

Horizontal painting - DC mode -

位相空間座標の時間推移600s

500s

Peak 30mA, Macro 0.05ms, Medium 560ns, 1 中間バンチ入射

X’(ra

d)

X(m)

・　 設定値○ 　 1passBPM 1101-1102 測定値△ 　 PB magnet off at t5□ 　 MWPM3-4 　測定値（台形波）

by Saha Pranab

t0 t5

100 150 200 ⇒~110 ⇒~163 ⇒~220

位相空間座標の時間推移＠ Run17

Gray : (31.2,-4.6) from MWPMGray : (31.2,-4.6) from MWPM

Blue : TuneBPM (h=1,lower)Blue : TuneBPM (h=1,lower)

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

IPM beam profile (Horizontal)

K. Satou

0~500secPeak 5mA, Macro 0.5ms, Medium 56ns

100 150 200

βx = 8.27

IPM beam profile (Horizontal)

K. Satou

500sec

Peak 5mA, Macro 0.5ms, Medium 56ns

100

Simulation

IPM beam profile (Horizontal)

K. Satou

500sec

Peak 5mA, Macro 0.5ms, Medium 56ns

100

2080sec

SB

PB

Vertical painting - DC mode -

位相空間座標の時間推移600s

500s

Peak 30mA, Macro 0.05ms, Medium 560ns, 1 中間バンチ入射

Y’(ra

d)

Y(m)

・　 設定値○ 　 1passBPM 1101-1102 測定値□ 　 MWPM3-4 　測定値（台形波）

by Saha Pranab

t0 t5

100

位相空間座標の時間推移＠ Run17

Gray : (31.2,-4.6) from MWPMGray : (31.2,-4.6) from MWPM

Blue : TuneBPM (h=1,lower)Blue : TuneBPM (h=1,lower)

DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

IPM beam profile (Vertical)

K. Satou

0~500secPeak 5mA, Macro 0.5ms, Medium 56ns

100 correlate 100 anti-correlate

3NBT beam profile - DC mode - No paint Hor. 100 Hor. 150 Hor. 200

S. Meigo

3NBT beam profile - DC mode -

No paint Ver. 100Correlate

S. Meigo

Hor.&Ver. 100Correlate

Hor.&Ver. 100Anti-correlate

Summary

• 水平 (100π,150π,200π) ・垂直（ 100π ）における各ペイントバンプの波形は出来た。

• 垂直方向の 150π,200π は 9 月の Run に行う。

• 9 月にビーム強度をあげていく過程で、ペインティング入射の効果を見たい。

Back Up

応答行列の測定と入射座標の同定DC mode (Peak:25mA, Macro:1shot, Chopping:560nsec)

A(real) B(real)

A(imag) B(imag)